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1鐵路工程地質勘察流程

實現集成化，首先要了解鐵路行業工程地質勘察特點和工作程序。圖1比較客觀地反映了鐵路工程地質勘察所要經過的工作流程。它包含了外業調查和內業整理兩部分工作，兩者有時需要交叉進行。圖1中顯示，鐵路工程地質勘察涉及的工序較多，過程較為復雜，服務的專業較多，滿足的要求也不一樣。

2工程地質勘察信息

集成化的前提應是信息化。實現系統集成化的途徑就是要以信息為紐帶，通過信息的傳遞和作用，貫穿勘察整個周期。因此，信息的組織和管理在集成化中起著關鍵作用。一般工程地質信息包含的內容是多方面的。就鐵路工程地質勘察而言，按工序可分為前期信息、中期信息和后期信息。前期信息多為指定性和任務性信息，包括勘察大綱、各種勘探點事前指導書(任務書)、巖土水試樣試驗委托書等;中期信息一般為中間成果信息和過程信息，有勘探點成果圖表、野外調查的觀測點表、巖土水試驗報告、物探報告等;后期信息以成果文件為主，含工程地質平面圖、工程地質縱斷面圖、各種類型的匯總表、計算表單、各類工程勘察報告或說明、工程地質勘察總說明等。總之，信息十分龐雜也十分多樣化。集成化的目的就是為了信息的有效利用、有效管理。為了達到集成化，就必須實現鐵路工程地質勘察過程信息化，信息化的前提顯然就是信息必須存儲。因此，首先著重考慮了各期信息存儲的方式和內容、信息傳遞途徑以及信息作用的方式。

2.1信息存儲

工程地質勘察有關信息類型無外乎有3種:文本型信息、數值型信息和圖形信息。不同信息存儲的格式和目的有所不同。而且實際工作中，需要將不同類型信息整合在一張表上，如勘探事前指導書，既含文本型信息，如技術要求，又有數值型信息，如孔深、里程、坐標;觀測點表和巖心鑒定表中既含文本信息，如地層描述，又含圖形信息，如素描圖和巖心柱狀圖。

2.1.1文本型信息

文本型信息包括word、excel及txt格式文件，多是一些描述性和說明性的信息，它必須與其他數值型和圖形信息一起使用才有意義。存儲的目的主要是便于以后查詢、瀏覽以及與其他信息合并組成一種規定的格式，以便整體輸出。

2.1.2數值型信息

數值型信息主要包括數字、術語、符號和excel格式文件，這類信息用途最廣。存儲的目的是為了后期查詢、核對、糾錯、調用、匯總、統計、計算時方便調用。哪些信息需要按數值型信息存儲是根據后期需要來確定的。

2.1.3圖形信息

圖形信息包括照片、CAD圖等。存儲的目的是為了后期調用、修改，同時也為了與數值型信息和文本型信息有關聯性，如一張照片的里程位置，CAD圖中所涉及的勘探信息、計算結果等。

2.2信息傳遞

各部分相互間的聯系就是通過信息傳遞來完成的。信息傳遞既有單向的，又有雙向的。需要信息傳遞的內容均設為單獨字段。單向傳遞的多為文本信息，如描述性的內容;雙向傳遞的多為數值型信息，如里程、坐標、試驗數據等。圖形信息既有單向的，如平面圖中的符號、小柱狀圖等;也有雙向的，斷面圖中的靜探分層等。單向信息傳遞按工作流程設計，其目的就是為了簡化人工干預、提高工作效率和準確性，為此，可以設置信息字段的繼承性、遞增性，避免重復輸入。雙向傳遞是根據后期信息結果反饋給前期信息庫進行核對和修改，然后再返回到后期信息。如砂土的定名、黏性土的稠度、粉土的密實程度和潮濕程度等，野外定名和試驗室定名有時不一致，就需要根據試驗室定名來修改野外定名，即根據試驗室定名自動修改前期相應字段內容。平面圖勘察點的里程、坐標換算、順號、換號等也是信息雙向傳遞的典型例子。

2.3信息作用

信息作用和信息傳遞是分不開的。大部分字段都是根據信息作用設置的，如鉆探事前指導書中設定孔深、是否取樣等為單獨字段，就是為了實際完成后進行核對是否按指導書要求的孔深進行，是否進行了取樣。信息的主要作用反映在后期信息處理上，如統計、匯總、滑坡計算、沉降計算、濕陷計算、節理統計、赤平投影等。

3系統介紹

3.1系統概述

系統建設的目標是建立和鐵路勘察工作業務流程相符合的工程地質信息管理與應用系統，以數據管理為核心，包含野外勘察、資料整理、資料提交等內容，實現項目內數據庫管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、統計分析、計算評價、專業接口等功能，使系統實現集成化、信息化和智能化，提高工作效率和工作質量。

3.2系統功能架構

本系統包括了工程地質勘察所需的大部分功能，從數據錄入到提交相關專業的數據接口，都在本系統內完成。為保證與項目有關的內容都能方便管理和查詢利用，系統設計時就按上節討論的信息內容依據不同的目的和用途放入數據庫中進行管理?；诩苫目紤]，本系統主要包含了項目管理、數據錄入、數據管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、計算分析、統計匯總、輔助工具、出圖管理、接口管理等模塊組成(圖2)。其中的計算分析工具也將大部分常用的工程地質計算方法，如赤平投影圖，納入到系統中，以便充分利用數據庫進行有關分析計算(圖3)。

3.3系統集成特點

3.3.1勘察管理功能的集成

(1)項目管理系統實現對項目內的信息按勘察設計階段、勘察起始時間、勘察分段、方案勘察進行分類管理，具體的應用都是在方案下進行的。同時考慮了其他項目資料、其他段落資料、其他方案資料的引用管理。也考慮了不同段落、不同人員、不同方案下資料的歸并管理。通過各種項目管理方式，可以實現一條鐵路線的工程地質勘察信息一體化，方便勘察信息的歸檔管理。該系統的項目管理方式也是類似軟件中首次使用。(2)數據管理系統基本將整個勘察過程中發生的所有資料進入數據庫并進行有效的管理，數據庫包括了現場信息數據庫、勘察點數據庫、土工試驗數據庫、設計文件數據庫、工點資料數據庫、平面圖和斷面圖數據庫等。值得一提的是，系統首次將現場管理、內業資料整理、分析計算、統計匯總、出圖管理、數據接口等進行了集成。實現了對野外勘察工作中有關工序文件的管理，包括鉆探事前指導書、試坑事前指導書、原位測試事前指導書、物探事前指導書、土巖水試驗委托書等;實現了各種圖的圖紙選擇、自動分頁、批量出圖的管理。

3.3.2圖形編輯的集成

系統中設計圖形編輯的內容很多，包括巖芯鑒定表、原位測試成果表、觀測點表、平面圖、斷面圖、剖面圖等。前兩種在自主平臺上實現圖形編輯和生成，徹底避免了過去在AutoCAD下出圖順序難調、批量出圖困難的缺點，也方便了資料的順序歸檔。觀測點因編輯量較大，主要依托AutoCAD進行編輯，然后依靠系統生成pdf圖，實現批量生成和出圖。平面圖和斷面圖編輯主要是利用AutoCAD功能，充分利用勘察點數據庫，實現圖形的部分內容自動填繪，圖上查詢數據庫，智能連層，并到達斷面圖接口數據生成的目的。總之，圖形編輯的集成是信息化的基礎上進行的，是靠信息的傳遞實現了圖與數據庫的有效串通。

3.3.3分析工具的集成

分析工具由計算、統計、匯總、分析四部分組成。計算包括滑坡計算、地基沉降計算、樁基計算、黃土濕陷計算、液化判定、鹽漬土計算等功能，后三種能實現成批計算，并將計算結果放入相應勘探點數據庫，以便后期統計、匯總。統計有工作量統計、節理統計、地基土的物理力學參數統計等。分析主要為赤平投影圖。

3.3.4專業協作功能的集成

(1)與勘探和土工試驗的協作勘探包括鉆探、試坑、原位測試等內容?？碧阶鳂I人員可以只錄入最原始的數據，后期由地質人員根據需要進行整理，這樣就保證了數據的真實性，也方便了在此基礎上的二次分析整理。更重要的是提供了各種勘探成果圖表的生成和輸出功能。地質人員可根據實際需要，調整靜探分層位置，重新計算各層參數等。系統明確了土工試驗數據的接口標準，依據試驗結果，自動對勘探數據進行校核。依據事前指導書和試驗委托書，對勘探取樣數量和質量進行比對，以方便地質人員監控勘探質量。(2)與上、下游專業的協作系統提供了對其他專業提供圖紙的一系列數字化處理功能，從而使地質專業在同一張圖紙上進行本專業的工作，并確?？臻g上的統一。同時，隨著上游專業圖形的變動而變動，如線路方案的調整引起的各種地質內容里程的變化。地質專業產生的成果提交給其他專業時，同時提交標準格式的數據接口文件。

3.3.5行業標準的集成

鐵路工程地質勘察不僅要執行鐵路行業制定的規范標準，而且還要針對改移公路、房屋建筑執行公路行業和工民建地基勘察相應的規范和標準。因此，本系統在基礎數據錄入、圖形的生成也一并進行了考慮，用戶使用時根據需要選擇即可，無需再用其他軟件完成。最重要的是實現了數據的共用。

3.3.6系統設置的模板化

模板化也是系統集成化的一種體現。本系統秉承系統設置模板化的先進做法，把一些通用的圖表、符號設置為標準模板，集成在系統中，使整個系統圖表輸出和符號標注保持統一，也為用戶個性修改提供了條件。如巖芯鑒定表，試坑鑒定表，原位測試成果表，各種統計匯總表，地層時代符號標注、各種計算表單等，用戶可以根據自己的需要設置編輯，而不用再修改程序代碼。

3.3.7功能實現的靈活性

長大鐵路線的工程地質勘察，會遇到各種各樣的問題，即使同一類問題因條件不一樣也會出現不同的情況，要求采取不同的解決方式。如果有線路的中線數據和斷鏈數據，在圖下即可完成坐標里程換算;如果沒有中線數據，則可利用CAD圖進行。平面圖上的地質小柱狀圖填繪既可人機交互完成，也可利用既有勘探資料自動生成。地質產狀既能人機交互標注，也能讀數據庫自動解決。最具特色的就是在系統的任何位置都可很方便地查詢到勘察數據中的內容。

3.3.8輔助工具的集成自然界地層種類繁多，因工程目的，命名和表示方式也不盡相同，系統不可能開發出所有地層花紋、地層時代成因符號、巖性符號、地質線型、不良地質和特殊巖土符號等。本系統以集成輔助工具的方式有效地解決了系統符號、線型、花紋不足的問題。這也是同類軟件中的首創。

3.3.9對BIM技術的支持隨著BIM技術在各個領域的持續走紅，近年來鐵路行業也在大力推廣BIM技術的應用。作為最重要的基礎信息，鐵路工程地質信息模型的建立也勢在必行。本系統為實現鐵路工程地質信息模型建立已經打下了堅實的基礎，其龐大的數據庫為模型建立提供了強有力的支撐，信息化的二維斷面圖為模型信息的傳遞提供了有力的幫助。一旦三維地質建模技術成熟，將具備快速建立地質BIM模型的能力。

4應用實例

本系統不僅已在多個鐵路項目中得到應用，而且還在公路項目勘察中發揮了巨大作用，尤其是系統中的里程、坐標換算，自動順號、統計匯總、計算等使地質人員從繁瑣的數字處理中解脫出來，極大地提高了工作效率。下面以西安至銅川城際鐵路可研勘察為主，介紹系統使用效果。西安至銅川城際鐵路長110km左右，可研階段的項目管理結構如圖4所示。由圖4中可以看出，項目管理是以設計階段為一個完整周期考慮的。這樣考慮的原因是鐵路工程地質勘察涉及的數據量非常巨大，如果將各個勘察階段放在一個庫里管理，會影響計算機處理速度，甚至無法啟動?？裳?初測)階段就劃分為一個段落，主要有3個方案，每個方案下包括從任務下達到資料提交整個周期內的各種勘察內容。所以，勘察數據是以方案為依托進行管理的，所有勘察信息都是基于線路方案進行存儲和管理的。圖4項目管理結構西銅城際鐵路從西安北客站引出，與鄭西、大西客運專線鐵路并行幾公里后跨渭河北上。所以，需要大量引用鄭西、大西客運專線的勘察資料。本系統導入其他線路勘察資料功能就提供了很大的方便，使我們順利地將鄭西、大西客運專線勘察資料導入到西銅城際鐵路勘察數據庫中。大量的鉆孔、靜力觸探、試坑等勘探任務都是通過該系統直接生成下達，基本是一氣呵成，并存入系統，后期很方便地查閱。觀測點、鉆探、試坑、靜力觸探等輸入基本符合規范要求和單位工作習慣，重復內容的繼承性和遞增性極大地減少了操作人員的工作量，尤其是自主平臺的成果圖表輸出更是克服了過去不能成批完成的缺點，最重要的是可以人為控制排列順序，使輸出按用戶要求的順序完成，大大降低了工作強度，提高了工作質量。此外，分離出來的一些內容，如黏性土的塑性狀態、粉土的密實程度和潮濕程度、砂土及碎石類的潮濕程度和密實程度、巖石的層理產狀和節理產狀，以及濕陷性、液化判定結果等都為后期信息的分析、計算提供了必要條件。西安至銅川城際鐵路主要走行于黃土塬上，黃土濕陷是其遇到的主要工程地質問題，所以，針對大批量的濕陷計算，該系統只一鍵完成鐵路工程地質勘察最為繁瑣的是各種勘察點和地質產狀的標注。本系統充分發揮了集成化的優勢，一鍵完成從數據庫調用勘察點、地質產狀，并自動按坐標標注到平圖上。同時完成順號、里程計算等回饋到數據庫。僅此一項，提高工作效率達70%以上。此外，本系統在廣西資興高速公路詳勘項目的應用也集中體現了標準集成的好處。資興高速公路全長82km，詳勘加上利用的初勘資料共計有1200多個鉆探、500余個觀測點、100多個試坑、千余張照片，涉及的工程有500多個橋、隧道、路基工點等。系統對此都進行了有效管理，實現了里程坐標換算、編號順號、紙上布孔、平面圖勘察點及產狀標注、斷面圖勘探點標注、工作量統計等自動化。實現了各種地質符號標注、斷面圖地層連層及標注等的智能化。節理統計和赤平投影的功能為地質人員分析巖體穩定性提供了有力的幫助，極大地提高了工作效率和質量。在此公路上的應用也充分說明了該系統標準集成的成功。

5結語

(1)集成化使信息管理和應用有機地結合在一起，避免了信息的重復輸入，提高了信息的利用效率，保證了信息的通暢交流，減輕了地質人員的工作量。(2)信息的集成化有助于對鐵路工程地質巨大信息量的有效管理，使不同段落、不同人員的工作得到合理的歸并成為一個整體，為單位勘察信息的有效管理提供了有利的條件。(3)工程地質勘察信息的分門別類管理特別適合于鐵路行業線長、分段實施、參加的人員眾多、勘探種類繁雜的特點。(4)圖形信息化和數據接口的形成，都為工程地質BIM應用提供了堅實的基礎。

作者:于國新單位:中鐵第一勘察設計院集團有限公司